Eğilmede Hafif Beton-Donatı Aderansının İncelenmesi

Eğilmede Hafif Beton-Donatı Aderansının İncelenmesi Ahmet Durmuş Prof. Dr. Ing. Karadeniz Teknik Üniversitesi, İnşaat Müh. Böl. 61080 Trabzon Tel: 0 (462) 377 26 59 49 E-Posta: durmus@ktu.edu.tr Mehmet Emin Arslan Arş.Gör. Karadeniz Teknik Üniversitesi, İnşaat Müh. Böl. 61080 Trabzon Tel: 0 (462) 377 26 59 49 E-Posta: eminarslan81@yahoo.com Hasan Tahsin Öztürk Arş. Gör. Karadeniz Teknik Üniversitesi, İnşaat Müh. Böl. 61080 Trabzon Tel: 0 (462) 377 26 68 E-Posta: htozturk@gmail.com Öz Bugün için hafif betonların özelikleri geleneksel betonlarınki kadar iyi bilinmemektedir. Günümüzde yürürlükte bulunan ulusal ve uluslararası betonarme yönetmelikleri genellikle karakteristik basınç dayanımları en çok 50 MPa ve birim kütleleri ise en az 2000 kg/m 3 civarında olan betonlar üzerinde gerçekleştirilen deneysel ve teorik inceleme sonuçlarının ortaklaşa değerlendirilmesiyle hazırlanmıştır. Söz konusu yönetmeliklerde verilen bağıntıların ve yapılan önerilerin hafif betonlar, özellikle taşıyıcı hafif betonlar için de geçerli olduğunu belirtmek, elde bu konuda yeterli düzeyde güvenilir bilgiler olmadığından, bugün için maalesef mümkün olmamaktadır. Oysa son yıllarda birçok betonarme yapı taşıyıcı hafif betonlar kullanılmış ve kullanımlarına devam edilmektedir. Bu yapıların varlıklarının beton ile donatı arasındaki aderansa borçlu olduğu da reddedilemez bir gerçektir. Bu bildirinin temel amacı, eğilmede hafif beton-donatı aderansının geleneksel betondonatı aderansıyla karşılaştırmalı olarak incelemesidir. Bu amaçla gerçekleştirilmiş çalışma bulgularının irdelenmesinden elde edilen sonuçlar, üretilen taşıyıcı hafif betondonatı aderansının geleneksel betonunkinden önemli derecede düşük olduğunu, dolayısıyla da taşıyıcı hafif betonlarla inşa edilen yapıların tasarımı için bugün yürürlükte bulunan ulusal yönetmeliklerimizde aderans konusunda verilen kuralların pek geçerli olmadığına işaret etmektedir. Anahtar Sözcükler: Beton-Donatı Aderansı, Eğilmede, Hafif Beton, Geleneksel Beton, Nervürlü Donatı, Deneysel ve Teorik, Karşılaştırma Giriş Geleneksel betonların taşıyıcı özeliklerinin yüksek olmasına karşılık, birim kütlelerinin fazla oluşu, yüksek yapıların inşasında düşey taşıyıcı elemanların boyutlarını çok büyüttüğünden problem olmaktadır. Diğer taraftan bu tür yapılarda temel maliyeti artırmakta, hatta pratik hayata geçirilmesi gerekli, normale göre büyük açıklıklarda, 165

bazen bu betonla yapılan eğilme elemanları kendi öz kütlelerini bile taşıyamaz hale gelmektedir. Deprem yükleri de kütle ile doğru orantılı olduğundan geleneksel betonarme yapılara gelen deprem yükleri de büyük değerler almaktadır (Hüsem ve Durmuş, 1993; Hüsem, 1995). Yukarıda belirtilmeye çalışıldığı gibi bugün yürürlükte bulunan yönetmeliklerde yapıların tasarımı için önerilen bağıntılar, çoğunlukla geleneksel betonlar üzerinde gerçekleştirilen deney sonuçlarından esinlenerek elde edilmişlerdir. Bu bağıntıların, son yıllarda kullanım alanı giderek yaygınlaşan hafif betonlar için ne derece geçerli olduğu henüz yeteri kadar aydınlatılamamıştır. Bu bildiride hafif betonlar konusunda bazı hatırlatmaları takiben, üretilen taşıyıcı hafif betonun eğilmede Standart Belçika Mafsallı Kiriş Deneyiyle belirlenen donatıyla aderansı geleneksel betonunkiyle karşılaştırmalı olarak incelenmektedir. Eğilmede Hafif Beton-Donatı Aderansı Hafif Betonlar Hakkında Bazı Hatırlatmalar Hafif betonların; çimento hamurunun genleştirilmesi, beton bileşiminde sadece iri agrega kullanılması ya da geleneksel agrega yerine hafif agregalar kullanılması suretiyle de üretildikleri bilinmektedir. Taşıyıcı hafif betonların üretiminde özellikle hafif agrega kullanımı tercih edildiği de bir gerçektir. Kullanılan başlıca hafif agregalar; pomza, volkanik tüf, volkanik cüruf gibi doğal agregalar ya da genleştirilmiş kil, şist, perlit, uçucu kül ve yüksek fırın cürufu gibi yapay agregalardır (Durmuş ve diğ, 1996). Hafif betonlar, genellikle kullanım amacına göre yalıtım betonu, yarı taşıyıcı hafif beton ve taşıyıcı hafif beton olarak sınıflandırılmaktadır. Taşıyıcı hafif betonların sınıflandırılmasında özgül kütlenin yanında karakteristik basınç dayanımı da dikkate alınmaktadır. Bazı yönetmeliklere göre taşıyıcı olarak kullanılabilecek hafif betonların özgül kütleleri ve 28 günlük standart silindir karakteristik basınç dayanımları Çizelge 1 de özgül kütlelerine göre kullanım alanları ise Çizelge 2 de verilmektedir (Durmuş ve diğ, 1996; Sönmez ve diğ., 2004; Aşık, 2006). Çizelge 1. Çeşitli standartlara göre taşıyıcı hafif betonların özgül kütleleri ve basınç dayanımları Standartlar Özgül Kütle (Kg/m 3 ) Standart Silindir Karakteristik Basınç Dayanımı DIN 1045 2000 16 ASTM C 330 1840 17 CEB-FIB < 1900 16 TS 2511 < 1900 16 ACI 213R 03 < 1840 17 Çizelge 2. Hafif betonların kuru özgül kütlelerine göre kullanım alanları Kullanım Alanları Kuru Halde Özgül Kütlesi (kg/m 3 ) Yalıtım Betonu Olarak 300 kg/m 3 800 kg/m 3 Yarı Taşıyıcı Hafif Beton Olarak 800 kg/m 3 1400 kg/m 3 Taşıyıcı Hafif Beton Olarak 1400 kg/m 3 1900 kg/m 3 166

Hafif Betonların Geleneksel Betonlara Göre Başlıca Üstünlük ve Sakıncaları Hafif betonların geleneksel betonlara göre üstünlük ve sakıncaları aşağıda özetlenmektedir. a) Üstünlükleri Isı iletkenlik katsayıları daha düşüktür. Genellikle üretilen elemanların boyutları küçüldüğünden kullanımları ekonomik de olmaktadır. Kütlenin azalması durumunda bu yapılara gelen deprem yükleri de azalmaktadır. Yangına dayanıklılıkları daha yüksektir. Bu betonların kalıba uyguladıkları basınç daha düşüktür. b) Sakıncaları Dayanımları geleneksel betonlarınkinden daha küçüktür. Aşınmaya karşı daha dayanıksızdırlar. Üretim ve yerleştirilmeleri daha fazla özen gerektirmektedir. Neme karşı kesinlikle yalıtılmaları gerekmektedir. Donatı-Beton Aderansının Belirlenmesinde Kullanılan Deneyler Yirminci yüzyılın başından bugüne kadar, aderans dağılımını dolayısıyla da kenetlenme boyunu etkileyen parametreleri belirlemek için birçok deney türü geliştirilmiştir. Bunlardan en basiti merkezi çekip çıkarma (pull-out test) deneyidir. Bu deneyde, silindir ya da prizmatik beton numuneler içerisine yerleştirilen donatıya merkezi yük uygulanarak bunların betona göre sıyrılması ölçülmektedir. Bu deney basit olmasına rağmen, numunelerde donatıya dik kesme kuvvetlerinin bulunmaması, mesnette gerilme yığılmalarının meydana gelmesi, beton örtü kalınlığının çok büyük oluşu ve betonda çekme çatlaklarının oluşmaması donatı-beton aderansı yönünden gerçek davranışı tam olarak yansıtmamaktadır. Bu nedenle merkezi çekip-çıkarma deneyi kenetlenme boyunun belirlenmesi için pek uygun olmamakla birlikte farklı sınıf donatıların betonla aderanslarının kolayca karşılaştırılması için uygun olmaktadır. Merkezi çekip-çıkarma deneyinin yukarıda belirtilen sakıncalarını ortadan kaldırmak amacıyla daha farklı birçok deney düzeneği geliştirilmiştir. Dışmerkez çekip-çıkarma deneyi bunlardan bir tanesidir (Ersoy ve Özcebe, 2001). Bu düzenek, düşey konumda olması nedeniyle, kirişlerdeki sehimleri temsil etmemesi dışında, donatıya dik kesme kuvvetlerinin bulunması, eğilmeden dolayı çatlama meydana gelmesi, donatı civarında yerel basınç gerilmelerinin oluşmaması ve pas payının daha gerçekçi olması nedeniyle, diğer çekipçıkarma deneylerine göre daha gerçekçidir. Çekip-çıkarma deneylerinin hiçbiri, eğilmeye çalışan bir elemandaki donatı-beton aderansını tam olarak temsil etmediğinden bu deneyler yerine kiriş deneyleri geliştirilmiştir. Bu deneylerden en yaygın olarak kullanılanları Texas Çıkmalı Kiriş, İngiliz Standardı, Hollanda ve Standart Belçika Mafsallı Kiriş adıyla bilinen deneylerdir. Bu deneylerden Texas Deneyinin en büyük sakıncası, kenetlenme boyu incelenen donatının çok geniş bir beton kütle içerisine gömülmüş olmasıdır (Arda, 1968). Eğilme durumunda aderans davranışını belirlemede kullanılan İngiliz Standardı Deneyinde, kesme kırılmalarını önlemek amacıyla çok sayıda etriye kullanılması nedeniyle aderans dayanımı ve kenetlenme boyunun doğru olarak belirlenmesini güçleştirmektedir (Hüsem ve Durmuş, 1995; Dahil, 2001). Yukarıda da belirtilmeye çalışıldığı gibi, kiriş deneylerinden biri de 167

Standart Belçika Mafsallı Kiriş Deneyidir. Bu deneyin İngiliz Standardı Deneyinden farkı kirişin ortasında bir mafsalın bulunmuş olmasıdır. Bu mafsal, donatıda oluşan kuvvetin doğru olarak hesaplanmasına imkân tanımaktadır. Hollanda Deneyi ise Standart Belçika Mafsallı Kiriş Deneyine benzer bir deneydir. Bu düzenekte, bir numune üzerinde iki farklı donatının aderansı belirlenebilmektedir (Arda, 1968). Bu çalışmada gerçekleştirilmesi zor ancak özelikle eğilmede donatı-beton aderansını doğru olarak belirlemeye imkân tanıyan Standart Belçika Mafsallı Kiriş Deneyi yapılmıştır. Üretilen Betonlar ve Eğilmede Aderans Deneyleri Kullanılan Agregaların Fiziksel ve Mekanik Özelikleri Hafif beton üretiminde kullanılan sarı renkli biyotitli dasitik tüfün fiziksel özelikleri Çizelge 3 de, geleneksel beton üretiminde kullanılan gri renkli kalker agregasının fiziksel özelikleri Çizelge 4 de ve her iki agreganın bazı mekanik özellikleri ise Çizelge 5 de verilmektedir. Burada kullanılan hafif agreganın TS 1114 EN 13055-1 de aranan özelikleri taşıdığı belirtilmelidir. Tane Boyutu (mm) Çizelge 3. Kullanılan hafif agreganın fiziksel özelikleri Sıkı Gevşek Özgül Kütle (kg/m 3 ) Birim Birim Ağırlık Ağırlık Kuru Doygun (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) Kütlece Su Emme (%) İri >4mm 1170 1010 1930 2121 10 İnce 4mm 1235 1045 1850 2093 13 Tane Boyutu (mm) Çizelge 4. Kullanılan kalker agregasının fiziksel özelikleri Sıkı Özgül Kütle (kg/m 3 ) Birim Gevşek Birim Ağırlık Ağırlık (kg/m 3 ) Kuru Doygun (kg/m 3 ) Kütlece Su Emme (%) İri >4mm 1584 1430 2616 2640 0,9 İnce 4mm 1627 1460 2571 2600 1,1 Çizelge 5. Hafif ve Geleneksel Agregaların Bazı Mekanik Özelikleri Kayaç Türü Ortalama Basınç Dayanımı Standart Sapma Karakteristik Basınç Dayanımı Başlangıç Elastisite Modülü Poisson Oranı Biyotitli Dasitik Tüf 38,3 2,10 35,6 6830 0,08 Kalker 74 2,33 71,02 46.000 0,17 Betonların Üretimi, Kalıplara Yerleştirilmesi, Bakımı ve Deney Anındaki Yaşları Üretilen hafif ve geleneksel betonların bileşimleri Çizelge 6 da verilmektedir. Bu bileşimdeki betonların agregaları önceden nemlendirilmiş 60 lt kapasiteli eğik eksenli betonyere konmuş ve doyma suyu ilave edilerek üç dakika karılmıştır. Çimento ilave edildikten sonra üç dakika daha karılarak sonra betonyer çalışır durumda iken karma suyu ilave edildikten sonra da iki dakika daha karılmıştır. Bu şekilde üretilen beton, kiriş kalıplarına 2800 devir/dakika frekanslı sarsma tablası her tabaka için 10 saniye süre çalıştırmak suretiyle 3 tabaka halinde yerleştirilmiştir. 168

Beton Türü Çizelge 6. Hafif ve geleneksel betonların bileşimi Elek Gözenek Açıklıklarına Göre Agrega Miktarları (kg/m 3 ) Açıklıklar (mm) Doyma Suyu Miktarı (kg/m 3 ) 0,5 1,0 1,0 2,0 2,0 4,0 4,0 8,0 8,0 16,0 Karma Suyu Miktarı (kg/m 3 ) Çimento Miktarı (kg/m 3 ) GB 277,65 277,65 277,65 462,75 555,3 7,404 175 350 HB 223,57 223,57 223,57 372,61 447,13 164,95 175 350 Deney kirişlerinin kalıplarından çıkarılıp kür havuzuna taşınması ve deney anına kadar yapılacak olan taşımalarda aderans dayanımı incelenen boyuna donatıların beton içerisinde burulmasını ve eğilmesini önlemek için bu donatının her iki yanına beton kütleleri birbirine bağlayacak φ 8 lik donatı çubukları konmuştur (Arslan, 2007). Üretilen betonların mekanik özeliklerinin denetlenmesi için üretimde üçer adet standart silindir numune alınmıştır. Üretimlerinden bir gün sonra kalıplarından çıkarılan kiriş ve beton numuneler 21 gün süre ile sıcaklığı 22 C ± 2 C olan kür havuzunda daha sonra deney anına kadar sıcaklığı 23 C ± 3 C ve bağıl nemi %75 ± %5 olan laboratuar ortamında saklanmışlardır. Deney anında kiriş ve tanık numuneler 28 günlüktü. Üretilen betonların fiziksel özelikler çizelge 7 de, mekanik özelikler ise çizelge 8 de verilmektedir. Burada üretilen hafif betonun TS 2511 de aranan özelikleri taşıdığı belirtilmelidir. Beton Türü Çizelge 7. Hafif ve geleneksel betonların fiziksel özelikleri Özgül Kütle (kg/m 3 ) Beton Türü W/C Etüv Kurusu Hava Kurusu Doygun Kütlece Su Emme (%) Hafif Beton 1700 1810 1995 17 Geleneksel Beton 0.5 2340 2380 2441 4 Çizelge 8. Hafif ve geleneksel betonların mekanik özelikleri ( ε co beton dayanımına karşılık gelen birim kısalmayı göstermektedir) Ortalama Karakteristik Başlangıç S/Ç Basınç Basınç Elastisite Poisson Oranı Dayanımı Dayanımı Modülü Oranı 10 3 * ε co HB 0,50 19,2 18,5 11.650 0,11 2,2 GB 0,50 32,5 31,2 24.900 0,23 2,0 Eğilmede Donatı-Beton Aderansı Deneyleri Daha önce de belirtildiği gibi, Standart Belçika Mafsallı Kiriş Deneyi, kirişin ortasından uygulanan düşey bir dış yük altında, kirişin çekme bölgesindeki donatının betondan sıyrılmasının belirlenmesine imkân veren bir deneydir (Şekil 1). Düşey olarak uygulanan ve yük hücresi (loadcell) yardımıyla okunan dış yükün donatıda oluşturduğu çekme kuvvetine bağlı olarak akma, kopma ya da aderans sökülmesi anındaki çekme gerilmeleri belirlenmektedir. Deney kirişlerinin yüklenmesinde 200 KN kapasiteli, hidrolik yükleme ilkesine göre çalışan bir düzenek kullanılmıştır. Deney kirişleri biri sabit diğeri hareketli olan iki mesnet üzerine oturtulmuş ve orta noktasından yüklenmiştir (bkz. Şekil 1). 169

Şekil 1. Standart Belçika Mafsallı Kiriş Deney anından bir görünüm Uygulanan düşey yükler yük hücresi yardımıyla okunmuştur. Kiriş numunesinin her iki ucunda ise donatının betondan sıyrılma miktarını ölçmeye yarayan 0,013 mm ölçme hassasiyetine sahip yerdeğiştirme ölçerleri (LPDT) kullanılmıştır. Yük hücresinden okunan yüklere karşılık gelen sıyrılma değerleri 32 kanallı, 4 ana aktarıcıdan oluşan ölçüm aygıtıyla bilgisayar ortamına aktarılmıştır (Arslan, 2007). Kirişin orta kısmında, aderansı incelenen donatıya etkiyen kuvvetin daha kesin bir şekilde tespit edilmesini sağlayan, çelik mafsal yerleştirilmiş ve donatının beton ile temas ettiği l kenetlenme b boyu, donatının uç kısımlarına plastik kılıflar kullanılmak suretiyle sınırlandırılmıştır. Aderansı incelenen donatının iki tarafında 8 mm çaplı donatılar yerleştirilmiştir. Bu donatıların kullanımındaki amaç, kiriş numunelerin kalıplarından çıkartılıp kür havuzuna ve deney anına kadar olan taşınmaları sırasında donatının eğilmesini ve burulmasını önlemektir (Arslan, 2007). Bu bildiride donatının betona göre 0,25 mm lik sıyrılmasına karşılık gelen aderans gerilmesi emniyetli aderans gerilmesi olarak alınmıştır. Burada, Liége Üniversitesi standartlarında ise donatının betona göre 3 mm sıyrılması donatı-beton aderansının çözülmesi olarak kabul edildiği belirtilmelidir. Aderans gerilmesi τ b, σs donatıdaki gerilmeyi, l b kenetlenme boyunu ve φ donatı çapını göstermek üzere; τ =σ. φ 4.l (1) b s b bağıntısıyla hesaplanmaktadır. Deney Serileri ve Bulgular Eğilmede hafif beton-donatı aderansını belirlemek için Standart Belçika Mafsallı Kiriş Deneyi iki seri olarak gerçekleştirilmiştir. Birinci seri deneyler kenetlenme boyu 20φ geleneksel beton kirişler, ikinci seri deneyler ise hafif beton kirişler üzerinde yapılmıştır. Deneylerde, 8, 10, 12 ve 14 mm çaplı nervürlü donatılar kullanılmış ve her bir donatı çapı için üç adet olmak üzere iki seride toplam 24 kiriş numunesi denenmiştir. 170

Geleneksel Betonla Gerçekleştirilen Birinci Seri Deneyler Birinci seri deneylerde, geleneksel betonla aderansı incelenen 8 mm çapındaki donatıda betona göre herhangi bir sıyrılma kaydedilmeden donatı kopmuştur. Çapı 10 mm olan donatıda akma dayanımına kadar sıyrılma meydana gelmemiş ancak kopmadan önce 0,052 mm civarında küçük bir sıyrılma oluşmuştur. Çapı 12 mm olan donatıda da akma dayanımına kadar herhangi bir sıyrılma oluşmamış, donatının koptuğu andaki sıyrılma ise 0,142 mm de kalmıştır. 14 mm çapındaki donatıda betona göre sıyrılma akma dayanımından önce başlayıp akma dayanımında 0,077 mm ye ulaşmış, yüklemeye devam edildiğinde donatı kopma dayanımına ulaşmadan kiriş taşıma gücünü kesme kırılmasıyla kaybetmiştir. Bu kirişte ulaşılabilen maksimum gerilmeye karşılık gelen sıyrılma değeri 0,233 mm olarak kaydedilmiştir. Hafif Betonla Gerçekleştirilen İkinci Seri Deneyler İkinci seri deneylerde, hafif betonla aderansı incelenen 8 mm çapındaki donatıda akma dayanımından önce herhangi bir sıyrılma oluşmamış ve donatının kopma anında 0,103 mm civarında bir sıyrılma ölçülmüştür. Çapı 10 mm olan donatıda sıyrılmalar akma dayanımından önce başlamış ve akma dayanımında 0,052 mm değerini almış, donatı koptuğu anda ise sıyrılma 0,223 mm ye ulaşmıştır. Çapı 12 mm olan donatıda da sıyrılmalar akma dayanımından önce başlamış ve akma dayanımında 0,262 mm değerine ulaşarak emniyetli aderans gerilmesine karşılık gelen sıyrılma değeri olan 0,250 mm değerini aşmıştır. Yüklemeye devam edildiğinde sıyrılma değeri artmış ve kopma dayanımında 0,496 mm değerini almıştır. Deneye tabi tutulan 14 mm çapındaki donatıda betona göre sıyrılma değeri donatı akma dayanımına ulaşmadan kiriş taşıma gücünü kesme kırılmasıyla kaybederken sıyrılma değeri 4,134 mm olarak ölçülmüştür. Bu deneylere ilişkin bulgular aşağıdaki çizelge 9 da verilmektedir. Çizelgede verilen, σ sf sıyrılmanın başladığı anda donatıdaki çekme gerilmesini, f yk donatının karakteristik akma dayanımını, g yk donatının akma dayanımına karşılık gelen sıyrılmayı, fsu donatıda ulaşılabilen en büyük çekme gerilmesini, g su donatıda oluşan en büyük çekme gerilmesine karşılık gelen sıyrılmayı, f sr kopma anında donatıdaki çekme gerilmesini, g sr kopma anında donatıda meydana gelen sıyrılmayı, τ bf sıyrılmanın başladığı anda oluşan kayma gerilmesini, τ bu ulaşılabilen en büyük kayma gerilmesini ve τ br kopma anında oluşan kayma gerilmesini göstermektedir. 171

Çizelge 9. Standart Belçika Mafsallı Kiriş Deney serilerinden elde edilen bulgular Deney Serileri Kullanılan Betonun Karakteristik Basınç Dayanımı Donatı Çapı (mm) Kenetlenme Boyu (mm) σsf fyk/gyk (MPa/mm) fsu/gsu (MPa/mm) 8 160-510/0 570/0 Geleneksel Beton Serisi 31,22 10 12 200 240 550,676 509,473 520/0 480/0 580/0,039 560/0,116 14 280 427,461 470/0,077 518/0,233 8 160 514,269 510/0 570/0,103 Hafif Beton Serisi 18,5 10 12 200 240 490,197 397,357 520/0,052 480/0,262 580/0,171 560/0,405 14 280 332,513-416,125/0,376 fsr/gsr (MPa/mm) 490/0 495/0,052 465/0,142 254,5/3,890 490/0,103 495/0,223 465/0,496 238,391/4,134 τbf - 6,883 6,368 5,343 6,428 6,127 5,640 4,156 τbu 7,125 7,250 7,000 6,481 7,125 7,250 7,000 5,202 τbr 6,125 6,188 5,813 3,181 6,125 6,188 5,813 2,980 Geleneksel ve hafif betonlar üzerinde gerçekleştirilen deneylerden elde edilen çekme gerilmesi-sıyrılma diyagramları 8, 10, 12 ve 14 mm çapındaki donatılar için sırasıyla Şekil 2, 3, 4 ve 5 de verilmektedir. Burada çapı 8 mm olan donatıların kullanıldığı geleneksel beton kirişlerde herhangi bir sıyrılma olmadığından karşılaştırma yapılmadığını belirtilmek uygun olmaktadır. 172

600 Hafif Beton 500 Gerilme, σ s 400 300 200 100 0 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 Sıyrılma, g (mm) Şekil 2. Çapı 8 mm. Olan Donatıların Kullanıldığı Hafif Betonlar İçin Tipik Gerilme-Sıyrılma Diyagramı 700 600 Geleneksel Beton Hafif Beton 500 Gerilme, σ s 400 300 200 100 0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 Sıyrılma, g (mm) Şekil 3. Çapı 10 mm. Olan Donatıların Kullanıldığı Hafif Betonlar İçin Tipik Gerilme-Sıyrılma Diyagramı 173

600 500 Gerilme, σ s 400 300 200 Hafif Beton Geleneksel Beton 100 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Sıyrılma, g (mm) Şekil 4. Çapı 12 mm. Olan Donatıların Kullanıldığı Hafif Betonlar İçin Tipik Gerilme-Sıyrılma Diyagramı 600 500 Hafif Beton Geleneksel Beton Gerilme, σ s 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 Sıyrılma, g (mm) Şekil 5. Çapı 14 mm. Olan Donatıların Kullanıldığı Hafif Betonlar İçin Tipik Gerilme-Sıyrılma Diyagramı Sonuçlar ve Öneriler Bu çalışmadan çıkarılabilen başlıca sonuç ve öneriler aşağıda özetlenmektedir: 1) Bu çalışmada kullanılan geleneksel betonun elastisite modülü, hafif betonunkinin yaklaşık olarak iki katıdır. Bu durum, kesit boyutları, donatı konum ve özelikleri birbirine eşit olan geleneksel ve hafif betondan üretilmiş iki farklı yapı elemanından 174

hafif betonla üretilmiş olanın eğilme rijitliği daha düşük olacağından, aynı yük altında daha fazla şekil değiştirme yapacağını göstermektedir. 2) Geleneksel betonların nervürlü donatılarla kenetlenmelerinin sağlanabilmesi için 20 φ uzunluğundaki kenetlenme boyu, kullanılan dört farklı donatı çapı için de, yeterli olmaktadır. Çapı 14 mm olan donatılarda ise aderans çözülmesi oluşmadan akma dayanımına ulaşılmakta ancak donatıdaki gerilmeler çekme dayanımına ulaşmadan kiriş taşıma gücünü kesme kırılmasıyla gevrek olarak kaybetmektedir. Bu durum, kirişlerdeki enine donatıların kırılma mekanizması üzerindeki etkinliğini ortaya koymaktadır. 3) Hafif betonların nervürlü donatılarla kenetlenmelerinin sağlanabilmesi için 20 φ uzunluğundaki kenetlenme boyu, 8 ve 10 mm çapındaki donatılar için yeterli olmaktadır. Çapı 12 mm olan donatıların kullanıldığı kirişlerde akma dayanımındaki sıyrılma değeri 0,262 mm ye ulaşmak suretiyle emniyetli aderans gerilmesine karşılık gelen 0,250 mm yi aşmaktadır. Emniyetli aderans gerilmesine karşılık gelen sıyrılma, 14 mm çapındaki donatılarda, akma dayanımına ulaşılmadan aşılmakta ve bu kirişler geleneksel beton kirişlere göre daha düşük yükler altında taşıma güçlerini yine kesme kırılmasıyla gevrek olarak kaybetmektedirler. Bu durum, hafif beton kirişlerin kesme dayanımlarının daha düşük olmasına atfedilmekte ve yine kirişlerdeki enine donatının önemine işaret etmektedir. 4) Geleneksel beton kirişlerde ilk sıyrılma anında oluşan çekme gerilmeleri ( σ sf ), hafif beton kirişlerinkinden, 10, 12 ve 14 mm çapındaki donatılar için sırasıyla %12.3, %28 ve %29 oranında daha büyük olmaktadır. 5) Hafif betonla üretilmiş kirişlerde aderansı incelenen donatılarda oluşan en büyük çekme gerilmelerine karşılık gelen sıyrılmalar geleneksel betonlara göre, 10 mm çapındaki donatılarda 4,4 kat, 12 mm çapındaki donatılarda 3,5 kat ve 14 mm çapındaki donatılarda 1,61 kat daha fazla olmaktadır. Geleneksel beton kirişlerle aderansı incelenen 8 mm çapındaki donatılarda betona göre herhangi bir sıyrılma oluşmamaktadır. Hafif betonla üretilen kirişlerde ise 8 mm çaplı donatıdaki en büyük çekme gerilmesine karşılık gelen sıyrılma 0.103 mm civarında olmaktadır. Bu çalışmaya konu olan taşıyıcı hafif betonların basınç dayanımları su/çimento oranını düşürmek ve kimyasal katkı maddeleri kullanmak suretiyle artırılabileceği ve böylece aderans dayanımının da artacağı açıktır. Bunun yanında, taşıyıcı hafif betonların elastisite modüllerinin düşük olması, eğilme rijitlikliğini azalttığından, bu betonlarla üretilen betonarme yapı elemanları, aynı yük altında geleneksel betonla üretilen yapı elemanlarından daha fazla yerdeğiştirme yapacağı beklenmektedir. Bu durum, aynı yapı davranışının sağlanabilmesi için taşıyıcı eleman boyutlarının büyütülmesini gerektirmektedir. Bu nedenle, taşıyıcı hafif betonla inşa edilen yapı kütlelerinin geleneksel betonlarla inşa edilenlerinkinden daha düşük olup olmayacağını peşinen belirtmek mümkün olmadığından bu durumun kapsamlı bir incelemeyle belirlenmesi gerekli olmaktadır. Bu hususların araştırılması çalışmamamızın devamını sağlayabilecektir. Burada bu sonuçların, çalışmaya konu olan beton ve betonarme deney numuneleri ve çalışma koşulları için geçerliği olduğu, daha farklı malzemeler ve koşullarda üretilen deney elemanlarının denenmesinde yarar bulunduğunu belirtmek uygun olmaktadır. 175

Kaynaklar Arda, T. S. (1968) Betonarmede Aderans Konusunda Bir Derleme, 1. Baskı, İ.T.Ü. Matbaası, İstanbul. Arslan, M. E. (2007) Eğilmede Taşıyıcı Hafif Beton-Donatı Aderansının Geleneksel Beton-Donatı Aderansıyla Karşılaştırmalı Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, K.T.Ü., Trabzon. Aşık, M. (2006) Structural Lıghtweıght Concrete Wıth Natural Perlıte Aggregate And Perlıte Powder, Master Thesis, M.E.T.U., Ankara. Dahil, H. (2001) Yüksek Performanslı Beton-Donatı Aderansının Geleneksel Beton- Donatı Aderansıyla Karşılaştırmalı Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, K.T.Ü., Trabzon. Durmuş, A., Arslaner M., Hüsem M. ve Kolaylı H. (1996) Karadeniz Bölgesi Hafif Agrega Yataklarının Belirlenmesi ve Bunların Yekpare ve Prefabrike Beton Yapılarda Kullanılabilirlik ve Yararlarının Araştırılması, 1. Baskı, Trabzon. Ersoy, U. ve Özcebe, G. (2001) Betonarme: Temel İlkeler TS-500-2000 ve Türk Deprem Yönetmeliğine (1998) Göre Hesap, Genişletilmiş Yeni Baskı, Evrim Yayınevi, İstanbul. Hüsem, M. ve Durmuş A. (1993) Karadeniz Bölgesi Hafif Agregalarıyla Üretilen Taşıyıcı Hafif Betonlar, İnşaat Mühendisliğinde Gelişmeler, 1. Teknik Kongre Bildiriler Kitabı,Cilt 1, Gazi Mağusa-KKTC, s. 580-589. Hüsem, M. (1995) Doğu Karadeniz Bölgesi Doğal Hafif Agregalarından Biriyle Yapılan Hafif Betonun Geleneksel Bir Betonla Karşılaştırılmalı Olarak İncelenmesi, Doktora Tezi, K.T.Ü., Trabzon. Hüsem, M. ve Durmuş A. (1995) Hafif Beton-Donatı Aderansının Geleneksel Beton Donatı Aderansıyla Karşılaştırılmalı Olarak İncelenmesi, Türkiye İnşaat Mühendisliği XIII. Teknik Kongresi Bildiriler Kitabı, İstanbul, s. 341 354 Sönmez, R., Demir, M. ve Ekim, H. (2004) Stiropor Hafif Agregalı Beton, Beton 2004 Kongresi, Bildiriler Kitabı, İstanbul, s. 688-696. 176